KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA Cọc KHOAN NHỒI CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA KHUYẾT TẬT TRONG BÊTÔNG

Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Nội dung đề tài:
Khảo sát khả năng chịu lực của cạo khoan nhồi
có kể đến ảnh hởng của khuyết tật trong bêtông
Thực hiện đề tài : Nhóm sv lớp 47xf
- Nguyễn Duy Hiếu
- Nguyễn Văn Nhân
- Nguyễn Hoàng Phơng
- Lê Việt Tiến
Thầy hớng dẫn : PGS.TS Hoàng Nh Tầng
KS Nguyễn Thanh Quang

1
1
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
I. Đặt vấn đề
Những năm gần đây, trong ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp cũng
nh ngành Cầu đờng, công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã đợc phát triển hiệu
quả ở nớc ta. Nhờ những tính năng u việt của móng cọc khoan nhồi so với các
loại móng cọc khác nh: có khả năng chịu đợc tải trọng lớn, có khả năng mở
rộng đờng kính, chiều sâu chôn cọc và không gây ảnh hởng chấn động đến
các công trình lân cận, đảm bảo vệ sinh môi trờng khi thi công nên hiện nay
cọc khoan nhồi hầu nh chiếm vị trí độc tôn trong xây dựng cầu và nhà cao
tầng. Cọc khoan nhồi có đờng kính từ 1 đến 2,5 m, chiều sâu từ 40-60m, thậm
chí 80-100m đang là giải pháp chủ yếu để giải quyết vấn đề kỹ thuật móng
sâu trong nền địa chất phức tạp, nơi mà các loại cọc đóng, cọc ống thép không
thực hiện đợc hoặc giá thành xây dựng quá cao hơn nữa tiến độ thi công kéo
dài đồng thời không đảm bảo độ chất lợng.
Lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi
đờng kính 1,4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì.Từ đó đến nay đã có rất
nhiều công trình áp dụng công nghệ thi công cọc khoan nhồi , có thể kể ra đây

nh: Móng trụ neo và trụ tháp cầu Mỹ Thuận sử dụng 36 cọc khoan nhồi đờng
kính 2,5m dài 55-100 m với khả năng chịu tải 3900 tấn; Móng mố trụ cầu Lạc
Quần (Nam Định) dùng cọc đờng kính 1,5m dàI 85m khả năng chịu tảI 920-
950 tấn; Móng mố trụ cầu Hoà Bình dùng cọc đờng kính 1,5m dàI 35-40m
chịu tải 760-800 tấn
Xuất phát từ những đặc điểm thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trớc
trong nền đất ,giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách ,dung dịch
bentonite ,sau đó tiến hành đúc cọc theo phơng pháp đổ bêtông trong dung
dịch bentonite .Do vậy ,trong quá trình thi công có thể xảy ra các sự cố ngoài
dự tính của đơn vị thiết kế cũng nh đơn vị thi công ,dẫn đến hậu quả là cọc bị
khuyết tật,h hỏng,giảm khả năng chịu tải .Trong thực tế đã xảy ra những sự cố
ở những công trình nh : Cọc khoan nhồi đờng kính 1m dài 37m của nhà làm
việc 10 tầng TCTXD CTGT 6 bị sự cố khối lợng bêtông đổ thực tế lớn hơn rất
nhiều so với khối lợng bêtông tính toán ; ở cầu Bình Điền (TPHCM) gặp sự cố
là không hạ hết đợc chiều dàI lồng thép theo thiết kế nhng sau đó cũng không
rút lên đợc để thổi rửa lại do hiện tợng sụp lở đất ở vách hố khoan ; Cầu Mỹ
Thuận cọc số 4 trụ tháp bờ bắc gặp sự cố bêtông bị phân tầng ở độ sâu
80m ,giữa 2 lớp bêtông là lớp đất sét mùn khoan lẫn bentonite ,nguyên nhân là
do khi thi công gặp ma bão nên sự đổ bêtông không liên tục
Nói chung , những sự cố gặp phảI khi thi công cọc khoan nhồi rất nhiều và
phức tạp .Tuy nhiên ,trong khuôn khổ đề tài này chúng tôI chỉ đề cập đến 3
dạng khuyết tật thờng gặp ,đó là:
1, Khuyết tật ở mũi cọc, nguyên nhân là do thổi rửa không kĩ nên
bùn khoan lắng đọng ở đáy hố khoan .
2, Khuyết tật ở thân cọc do bị tắc ồng khi bôm bêtông tạo thành 1 lớp
bêtông có lẫn bentonite
3, Khuyết tật ở thân cọc do sự cố sập thành vách hố khoan
2
2
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Chúng ta sẽ xem xét khả năng làm việc của cọc có kể đến những khuyết tật
này,trên cơ sở đố có thể đánh giá mức độ h hỏng và đề xuất những giảI pháp
khắc phục.
II. Những sự cố thờng gặp khi thi công cọc khoan
nhồi
1.Sự cố lồng thép bị trồi khi đang đổ bêtông
a.Nguyên nhân
-Trờng hợp 1:Do ống đổ bêtông ngập quá sâu trong bề mặt bêtông làm cho lực
ma sát giữa phần bêtông tính từ đáy đổ đến mặt bêtông và cốt thép lớn,dẫn
đến lồng thép bị trồi lên khi đang đổ bêtông
-Trờng hợp 2:Do ống đổ bêtông bị mắc vào lồng thép nên khi nhồi bêtông sẽ
kéo cả lồng thép lên.
b.Biện pháp xử lý:
Khi phát hiện lồng thép bị trồi lên trong khi đang đổ bêtông thì cần thiết phảI
dừng ngay việc đổ bêtông lại,xác định chính xác nguyên nhân gây nên việc
trồi lồng thép để đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
-Trờng hợp 1:Tiến hành hàn lại thép chông trồi lồng thép vào đỉnh ống
vách,cắt bớt ống đổ bêtông chỉ để ống ngập vào bêtông khoảng 2m,sau đó tiếp
tục tiến hành đổ bêtông bình thờng.
-Trờng hợp 2:Xoay ống đổ bêtông cho đến khi không bị mắc vào lồng
thép,hàn lại thép chỗng trồi và tiếp tục đổ bêtông.
2.Sự cố thành vách bị sạt trong khi khoan:
Khi đang khoan mà thấy hiện tợng khoan không xuống (độ sâu không đổi) mà
trong gầu khoan vẫn có mùn khoan có địa chất không nguyên dạng,không
đồng nhất thì xảy ra hiện tợng sập vách hố khoan.
a.Nguyên nhân
+Khoan vào tầng địa chất yếu :cát chảy,bùn nhão, dung dịch Bentonite
không đủ khả năng giữ ổn định thành vách hố khoan.
+Do cha kiểm soát kỹ chất lợng của Bentonite trớc khi khoan,chất lợng
Bentonite,hàm lợng Bentonite trong dung dịch.

+Do mực dung dịch Bentonite trong hố khoan thấp so vơí mực nớc ngầm bên
ngoàI xảy ra hiện tợng nớc tràn vào hố khoan gây ra sạt vách.
b.Biện pháp xử lý:
+Dừng ngay việc khoan tạo lỗ và tiến hành thay mới dung dịch khoan có chất
lợng tôt hơn về tỷ trọng,độ nhớt, tăng cao độ dung dịch khoan trong hố
khoan để đảm bảo àp lực do dung dịch khoan gây ra lớn hơn áp lực thuỷ tĩnh
bên ngoài hố khoan.
Kh quan sát thấy hố khoan ổn định,không thấy có hiện tợng sạt vách thì
tiến hành khoan tiếp,trong khi khoan luôn luôn kiểm soát chặt chẽ chất lợng
dung dịch khoan cũng nh cao độ dung dịc khoan trong hố khoan.
3
3
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
+Nếu sau khi áp dụng các biện pháp trên mà thành vách hố khoan vẫn không
ổn định thì phải tiến hành lấp hố khoan lại bằng hỗn hợp ximăng đất và tiến
hành khoan lại sau cùng.
3.Hiện tợng tắc ống đổ bêtông:
a.Nguyên nhân:
-Do ống đổ bêtông không kín dẫn đến tình trạng dung dịch khoan lọt vào
trong ống đổ bêtông,gây ra phân tầng bêtông,
-Do nhấc ống đổ quá cao làm cho dung dịch khoan lọt vào trong lòng ống đổ
bêtông từ đáy ống làm phân tầng bêtông và tắc ống.
-Do ống đổ bêtông không đợc rửa sạch làm đờng kính của ống thực tế của ống
giảm đI làm cho bêtông không xuống đợc,gây tắc ống.
-Do bêtông có độ sụt quá nhỏ,bêtông bị phân tầng trong quá trình vận chuyển
từ nhà máy đến công trờng,bêtông có lẫn các phần tử đá quá lớn, gây tắc ống.
b.Biện pháp xử lý:
-Kiểm soát chặt chẽ các quá trình thi công,thiết bị thi công,chất lợng của vật
liệu bêtông cọc để giảm đến mức tối thiểu các nguyên nhân nêu trên.
-Khi xảy ra hiên tợng tắc ống,tiến hành dùng cần cẩu lên xuống tời thật

nhanh,tạo ra áp lực quán tính lớn trong phần bêtông đang bị tắc trong ống đổ
bêtông.Nếu áp dụng biện pháp nêu trên mà vẫn không thông đợc bêtông trong
ống thì phảI kéo ống đổ bêtông lên,tiến hành thông ống,sau đó hạ ống đổ sát
bề mặt bêtông,cắt cầu lại và đổ bêtông tiếp.Sau khi đã đẩy hết dung dịch trong
ống đổ bêtông ra ngoài thì tiến hành nối thêm ống đổ và hạ sâu vào trong lòng
bêtông có chất lợng,tiếp tục đổ bêtông bình thờng.Bêtông cọc này đợc đổ cao
hơn so với các cọc khác để đảm bảo rằng phần bêtông xấu đã đợc đẩy toàn bộ
lên cao độ cắt cọc.
III. Định lợng khuyết tật bằng thực nghiệm trên mô
hình cọc khoan nhồi
Trong quá trình thực hiện đề tàI, nhóm chúng tôI đợc tham gia thí nghiệm
đúc và siêu âm mô hình cọc khoan nhồi có bố trí khuyết tật ,một phần trong
luận văn Thạc sĩ của kỹ s Nguyễn Thanh Quang do PGS.TS Hoàng Nh Tầng
hớng dẫn.Thí nghiệm đợc thực hiện tại phòng thí nghiệm và kiểm định công
trình LAS-XD125.
1.Đúc mô hình cọc thí nghiệm
Mô hình cọc mẫu đợc đúc với kích thớc:
D = 0,8 m
L = 2,0 m
Do D < 1m nên theo TCXD 358-2005 ,bố trí 3 ống siêu âm
Dạng, vị trí, và vật liệu của khuyết tật đợc bố trí nh hình vẽ:
+Mô hình cọc TN 1:
4
4
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
bt m100 không đầm
bt m100, đầm dùi
bt m200, đầm dùi
phần bt khuyết tật chiếm 15%
diện tích tiết diện

mẫu cọc tn số 1
bt m300, đầm dùi
bọc nylon ống siêu âm
1 1
1-1
+Mô hình cọc TN 2:
mẫu cọc tn số 2
phần bt khuyết tật chiếm 15%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 40%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 40%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 70%
diện tích tiết diện
1 1
2 2
3 3
4 4
1-1 2-2
3-3 4-4
+Mô hình cọc TN 3:
5
5
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
mẫu cọc tn số 3
phần bt khuyết tật chiếm 15%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 40%
diện tích tiết diện

phần bt khuyết tật chiếm 40%
diện tích tiết diện
phần bt khuyết tật chiếm 100%
diện tích tiết diện
1 1
2 2
3 3
4 4
1-1 2-2
3-3 4-4
2.Thí nghiệm siêu âm trên mô hình
Sử dụng thiết bị siêu âm cọc khoan nhồi : Cross-Hole Analyzer (CHA)
của Mỹ
3.Định lợng khuyết tật từ kết quả siêu âm
Trong quá trình đúc cọc mẫu, ta tiến hành đúc 4 tổ mẫu 15 X 15X 15
ứng với mỗi cọc.
Sau 28 ngày, tiến hành thí nghiệm siêu âm và nén các mẫu này để đánh
giá mối tơng quan giữa vận tốc siêu âm và cờng độ vật liệu.Kết quả thu
đợc ghi theo các bảng dới đây :
Cọc TN số 2:

TO 1
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 33.4 4491 4491 24.9 1 33.8 4438 4481 24.6 1 34.4 4360 4356 20.57
2 33.8 4438 2 32.6 4601 2 34.6 4335
3 33.5 4478 3 33.2 4518 3 34 4412
4 33 4545 4 34.2 4386 4 34.5 4348
5 33.2 4518 5 33.7 4451 5 34.1 4399

6 33.5 4478 6 34.1 4399 6 34.8 4310
7 33.5 4478 7 32.9 4559 7 34.6 4335
8 33.2 4518 8 33.1 4532 8 34.6 4335
9 33.5 4478 9 33.3 4505 9 33.9 4425
10 33.4 4491 10 33.9 4425 10 34.9 4298
TO 2
6
6
B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 34 4412 4441 22.2 1 34 4412 4372 19.6 1 34.3 4373 4458 25.6
2 33.9 4425 2 34 4412 2 33.8 4438
3 33.4 4491 3 34.4 4360 3 33.3 4505
4 33.4 4491 4 34.5 4348 4 34.1 4399
5 33.9 4425 5 34.6 4335 5 33.1 4532
6 34.3 4373 6 34.4 4360 6 33.7 4451
7 33.5 4478 5 34.3 4373 7 33.5 4478
8 33.7 4451 8 34.3 4373 8 34.1 4399
9 34 4412 9 34.1 4399 9 33.7 4451
10 33.7 4451 10 34.5 4348 10 32.9 4559
TO 3
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 47.3 3171 3317 5.62 1 49.2 3049 3358 5.69 1 50.7 2959 3022 4.48
2 45.7 3282 2 44.6 3363 2 49 3061
3 45 3333 3 44.2 3394 3 48.4 3099
4 43.5 3448 4 45.9 3268 4 48.8 3074

5 45.3 3311 5 41.1 3650 5 47 3191
6 46.7 3212 6 46.5 3226 6 49.7 3018
7 43.7 3432 7 43.4 3456 7 50.4 2976
8 44 3409 8 46.5 3226 8 48.9 3067
9 44.6 3363 9 43.5 3448 9 54 2778
10 46.8 3205 10 42.9 3497 10 50.1 2994
TO 4
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 45.4 3304 3223 5.57 1 48.6 3086 3152 5.36 1 51.9 2890 2828 5.16
2 44 3409 2 45 3333 2 52.2 2874
3 47.1 3185 3 45.8 3275 3 46 3261
4 45.1 3326 4 47.3 3171 4 45.6 3289
5 50.1 2994 5 49.9 3006 5 46 3261
6 49 3061 6 50 3000 6 48.3 3106
7 49.6 3024 7 45.9 3268 7 50.2 2988
8 45.6 3289 8 49.1 3055 8 4703 31.9
9 44.5 3371 9 48.2 3112 9 46.7 3212
10 45.9 3268 10 46.7 3212 10 44.6 3363
7
7
B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn
Cäc TN sè 3
TO 1
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 34 4412 4309 15.6 1 35.2 4261 4362 16 1 33.5 4478 4524 16.04
2 35.1 4274 2 36.4 4121 2 33.3 4505

3 33.1 4532 3 35.5 4225 3 32.5 4615
4 34.9 4298 4 35.8 4190 4 34.9 4298
5 35.1 4274 5 35.3 4249 5 33.7 4451
6 36.8 4076 6 33.1 4532 6 32.6 4601
7 35.8 4190 7 33.5 4478 7 32.8 4573
8 33 4545 8 33.3 4505 8 31.3 4792
9 35.4 4237 9 33.3 4505 9 33.5 4478
10 35.3 4249 10 32.9 4559 10 33.7 4451
TO 2
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 47.4 3165 3054 3.86 1 46.7 3212 3102 4 1 47.4 3165 3090 4.09
2 49.5 3030 2 45.2 3319 2 47.2 3178
3 46.8 3205 3 45.5 3297 3 49.5 3030
4 48.7 3080 4 49.1 3055 4 49.3 3043
5 47.4 3165 5 49 3061 5 48.5 3093
6 51.7 2901 6 52.1 2879 6 47.4 3165
7 52 2885 7 46.8 3205 7 52 2885
8 46.8 3205 8 50.4 2976 8 49 3061
9 51 2941 9 47.6 3151 9 48 3125
10 50.6 2964 10 52.4 2863 10 47.5 3158
TO 3
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 70.7 2122 2145 1.53 1 68.5 2190 2170 2.2 1 70.9 2116 2233 2.09
2 70.4 2131 2 69.5 2158 2 66.3 2262
3 71.6 2095 3 67.4 2226 3 66.4 2259
4 73.5 2041 4 71.1 2110 4 72.8 2060

5 67.3 2229 5 73.2 2049 5 73.8 2033
6 70.5 2128 6 70.8 2119 6 68.2 2199
7 71.9 2086 7 67.4 2226 7 65.1 2304
8 69.2 2168 8 65 2308 8 65.2 2301
9 70.5 2128 9 70.2 2137 9 63.9 2347
10 64.5 2326 10 68.7 2183 10 61.3 2447
8
8
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
TO 4
MAU 1 MAU 2 MAU 3
TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn TT T V Vtb Rn
mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa mS m/s m/s Mpa
1 43.1 3480 3315 8.55 1 46 3261 3238 8.03 1 47 3191 3186 7.81
2 45.3 3311 2 45.4 3304 2 46.1 3254
3 44.8 3348 3 45.9 3268 3 50.1 2994
4 46.7 3212 4 46.4 3233 4 47.8 3138
5 47.4 3165 5 47.1 3185 5 47.9 3132
6 44.7 3356 6 47 3191 6 49.4 3036
7 44.8 3348 7 47.5 3158 7 47.4 3165
8 44.4 3378 8 43.6 3440 8 44.7 3356
9 45 3333 9 47.4 3165 9 47.1 3185
10 46.6 3219 10 47.2 3178 10 44 3409
Quan he van toc sieu am va cuong do
0
5
10
15
20
25

30
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Van toc xung sieu am(m/s)
cuong do (Mpa)
R
Trên cơ sở các kết quả đo khoảng cách giữa tâm hai đầu đo và thời gian truyền
xung giữa hai đầu đo đó, vận tốc truyền xung siêu âm trong bê tông tại vị trí
thí nghiệm đợc tính theo công thức:
9
9
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
T
L
V =

Trong đó:
V- Vận tốc truyền xung siêu âm, m/s;
L - Khoảng cách giữa tâm hai đầu đo, L = 0,15m;
T - Thời gian truyền xung siêu âm qua chiều dài L, giây.
10
10
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
iv. tính toán xác định khả năng chịu lực của cọc
khoan nhồi có kể đến một số dạng khuyết tật
đIển hình
Theo TCXD 195-1997 ,thì sức chịu tảI của cọc khoan nhồi đợc tính
toán theo 2 hớng : khả năng chịu tảI của vật liệu và khả năng chịu tảI của
đất nền.Hai hớng này ít nhiều độc lập với nhau .Do vậy khi thiết kế thờng
đặt chiều sâu chôn cọc sao cho hai sức chịu tảI này tơng đơng nhau.
1.Sức chịu tảI theo vật liệu :

P = R
u
.A + R
an
.F
a

- R
u
: Cờng độ tính toán bêtông cọc nhồi đợc xác định nh sau :
+ Đối với cọc đổ bêtông dới nớc hoặc dd bentonite : R
u
= R/4,5
&
60 kg/cm
2
+ Đối với cọc đổ bêtông trong lỗ khoan khô :
R
u
= R/4 & 70 kg/cm
2
- R
an
: Cờng độ tính toán cốt thép đợc xác
định nh sau :
+ d < 28 R
an
= R/1,5 & 2200 kg/cm
2
+ d > 28 R

an
= R/1,5 & 2000 kg/cm
2
- A : tiết diện cọc
- F
a
= diện tích cốt thép
2.Sức chịu tải cho phép theo đất nền:
Q
a
=Q
ap
+ Q
as
- W
p
= 1,5.N
tb
.A
P
+ P.
i
.N
i
.L
i
-W
p
Trong đó :
+ Q

ap
: Sức chịu tảI cực hạn do mũi cọc
+ Q
as
: Sức chịu tảI cực hạn do ma sát bên
+ P : Chu vi cọc
11
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
Lớp
đất
n
n-1
i
2
1
L
D
Qas Qas
Qap
tL2LiLn-1Ln
11
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
+W

p
: Hiệu số giữa trọng lợng cọc và trọng lợng của trụ đất nền do cọc
thay thế
+ N
tb
: Chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dới
mũi cọc và 4d dới mũi cọc ,nếu N > 50 lấy N=50
+ N
i
: Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong mỗi lớp đất
+ L
i
: Chiều dàI phần thân cọc nằm trong lớp đất thứ i
+ A
p
: Diện tích mũi cọc
+ : lấy bằng 0,15 với lớp đất rời
lấy bằng 0,43 với lớp đất dính
Những công thức này đợc áp dụng khi mà cọc đợc thi công một cách hoàn
hảo,tuy nhiên trong thực tế việc thi công cọc khoan nhồi thờng xảy ra những
khuyết tật mà trong tiêu chuẩn cha đề cập đến.Do đó cần xem xét ,đánh giá lại
sức chịu tả của cọc khoan nhồi có kể đến những khuyết tật trong nó.
Theo TCVN ta nhân thấy tiêu chuẩn mới chỉ đa ra cách tích toán thiết kế
cọc khoan nhồi chứ không đề cập đên khẳ năng làm việc của cọc trong trờng
hợp cọc có khuyết tật.
Nhng trong thực tế việc thi công cọc khoan nhồi phụ thuộc rất nhiều vào
điều kiện đất nền cũng nh công tác thi công nên việc xẩy ra các sai lầm trong
quá trình thi công cọc dẫn đến việc trong cọc có các khuyết tật rất thờng
xuyên xảy ra trong thực tế.
Trong những lúc nh vậy thì nhin chung nhà thiết kế không tính toán lại khả

năng chiu tải của cọc mà chỉ thông qua tỷ lệ h hỏng của cọc để đa ra quyết
định là có sử dụng tiếp cọc hay tiến hành thay thế.
Các trờng hợp khuyết tật:
1.Cọc bị khuyết tật ở đầu mũi:
12
12
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên



Khi thi công cọc khoan nhồi thờng xảy ra trờng hợp cọc bị khuyết tật
phần mũi cọc ,tuỳ theo mức độ h hỏng mà giảm nhiều hay ít sức chịu tảI
của cọc, dẫn đến việc phảI thay thế hay có biện pháp gia cố.
Bằng phơng pháp siêu âm , xác định đợc chiều cao vùng bêtông phần
đầu cọc có lẫn mùn khoan làm giảm mác thiết kế là h.
Bằng phơng pháp khoan lõi lấy mẫu ta xác định đợc bêtông ở mũi cọc
có môđun đàn hồi E và cờng độ R
u
nhỏ hơn so với thiết kế .
Khi tính toán ,nếu bỏ qua sức chống mũi cọc Q
ap
= 0 và sức kháng bên
của đoạn khuyết tật thì sức chịu tảI của cọc chỉ do sức kháng bên chịu :
Q
as
= P.
i
.N
i
.L

i
-W
p
Trong đó:
W
p
= (L-h) . A
p
. (
bt
-
đ
)
-Nếu Q
as
>N
tk
,tức là khi cọc làm việc vẫn cha huy động hết sức kháng
bên thì cọc vẫn làm việc bình thờng nh một cọc treo trong nền đất
13
h
d
1
2
L
h
y
lớp
đất
lớp

đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
n
n-1
i
N'
N
tk
13
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
-Nếu Q
as
<N
tk
,

tức là khi đã huy động hết sức kháng bên thì bắt đàu tính
đến sự làm việc của mũi cọc bị khuyết tật .
Tải trọng truyền xuống đến phần mũi cọc bị khuyết tật :
N = N
tk
Q
as
Lúc này cờng độ bêtông phần mũi cọc bị khuyết tật chỉ còn R
U

nên khả
năng chịu lực của vật liệu phần mũi :Q
VL
=R
U
.A+ R
an
.F
a
-Nếu Q
VL
>N ta tính đến biến dạng mũi cọc:
p
EA
hN
.
'.
=

A : tiết diện mũi cọc
E
p
: môđun đàn hồi của VL trong vùng bêtông khuyết tật
Tuỳ theo yêu cầu của thiết kế mà ngời ta quyết định có xử lý khuyết
tật hay không.
Độ lún tổng thể của cọc :
S = + < [S]
Trong đó là độ lún của cọc đợc tính theo công thức :

p

asap
EA
L
QQ
d
.
) (
100

++=
d - đờng kính cọc,m
- Hệ số phụ thuộc vào quy luật phân bố ma sát ở cấp tảI trọng thiết kế
E
P
- Môdun đàn hồi của vật liệu cọc,T/m
2
-Nếu Q
VL
<N phảI có biện pháp gia cố hợp lý hoặc phảI thay thế bằng
cọc mới.
2. Khuyết tật ở thân cọc loai 1

14
14
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên


Một đoạn cọc ở giữa thân cọc bị thắt lại do sập thành vách hay hiện tợng
rửa trôI bêtông tơi.Tuỳ theo mức độ khuyết tật mà ta đánh giá lại sức chịu
tảI của cọc.

Bằng phơng pháp siêu âm ,xác định đợc độ sâu và chiều cao vùng bị
khuyết tật :
y - vị trí khuyết tật
x - chiều rộng lớn nhất vùng khuyết tật
h - chiều cao vùng khuyết tật
Ta tính toán đoạn cọc này nh một cấu kiện chịu nén lệch tâm với tiết
diện là hình viên phân và mác bêtông vẫn đảm bao nh thiết kế.
Lực tính toán tại đoạn cọc khuyết tật là :
N = N
tt
Q
as

Q
as
là sức kháng bên của cọc từ phần bắt đầu khuyết tật trở lên.
Q
as
= P.
i
.N
i
.L
i
-W
p

- Đặc trng của tiết diện :
+ Diện tích :
A = R

2
(1 arcos [(R-x)/R]/180 ) + (R-x).
])([
22
xRR
Với R= d/2
15
I I
I-I
d
x
L
y
h
1
2
i
n-1
n
N
tk
N'
Q
as
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất

lớp
đất
lớp
đất
15
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
+ Độ lệch tâm :

'A
S
e
x
=

32222
])([
3
2
2 xRRdyyRyS
R
Rx
x
==


Đặt=arcsin[(x-R)/R]
Kiểm tra sự làm việc của đoạn cọc này theo điều kiện
bền :
).(
'.

'
'
max
xeR
I
eN
A
N
++=

-Nếu
max
<R
U
thì cọc vẫn có thể làm việc bình thờng.
-Nếu
max
>R
U
thì cọc bị phá hoại.
Trong trờng hợp này ta có thể tính lại sức chịu tải của
cọc

:

as
Q
I
xeRe
A

N +
+
+= ]
).(1
/[*
max

Biểu đồ mối tơng quan giũă tỷ lệ x/R và ứng suất
max
tại vị trí y xác định
của khuyết tật

3.Khuyết tật ở thân cọc loại 2
16
e
N'N''
M

x
y
D
x
16
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên


Khi thi công cọc xảy ra hiện tợng tắc ống bơm bêtông,và do sự cung
cấp bêtông không liên tục nên có 1 đoạn thân cọc bị khuyết tật.
Tuỳ theo chiều sâu vùng khuyết tật và sự giảm mác bêtông mà ta đánh
giá lại đợc sức chiu tảI của cọc.

Qua kết quả siêu âm cho thấy có 1 đoạn cọc có chiều cao h (m) nằm
dới độ sâu y(m) và mác bêtông giảm còn R
u
Khi đó, ma sát bên còn lại tính từ vùng khuyết tật trở nên là:
Q
as
= P.
i
.N
i
.L
i
-W
p
Với W
p
= y.A.(
bt
-
đ
)
-Nếu Q
as
>N
tk
thì cọc vẫn đủ khả năng chịu tải và coi nh không kể đến
sự làm việc của phần dới.
Tuy nhiên trờng hợp này chỉ thờng xảy ra khi vùng khuyết tật nằm khá
sâu phía mũi cọc.
-Nếu Q

as
< N
tk
thì bắt đầu kể đến sự làm việc của vùng khuyết tật
này.
Lực tính toán tại phần cọc này là:
N = N
tt
Q
as

Kiểm tra theo điều kiện bền:

A
N
=

(T/m
2
) R
u

+Nếu điều kiện bền không đợc đảm bảo thì coi nh cọc bị phá hoại
17
h
L
5
4
3
2

1
d
I I
N'
N
tk
17
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Khi đó sức chịu tải của cọc đợc tính lại chỉ còn N
*

N
*
= R
u
. A + Q
as

Sức chiụ tải còn lại tơng đối :
%
*
N
NN
+Nếu điều kiện bền đợc đảm bảo
Khi đó cọc vẫn có khả năng làm việc nhng độ lún tổng thể sẽ lớn hơn
do biến dạng của đoạn cọc này:

AE
hN
.

'.
=

Biến dạng này phụ thuộc vào chiều cao vùng khuyết tật và môđun đàn
hồi của vật liệu.
Độ lún tổng thể của cọc :
S = + < [S]
Trong đó là độ lún của cọc đợc tính theo công thức :

p
asap
EA
L
QQ
d
.
) (
100

++=
d - đờng kính cọc,m
- Hệ số phụ thuộc vào quy luật phân bố ma sát ở cấp tải trọng thiết kế
E
P
- Môdun đàn hồi của vật liệu cọc,T/m
2
-Nếu Q
VL
<N phải có biện pháp gia cố hợp lý hoặc phảI thay thế
bằng cọc mới.

Nh vậy tuỳ vào khả năng chịu tải còn lại của cọc hay độ biến dạng
cho phép theo yêu cầu của thiết kế mà có thể sử dụng tiếp hay thay thế
cọc.

V.Kiến nghị giải pháp xử lý
1.Xử lý mũi cọc bị khuyết tật
Tuỳ theo mức độ và vị trí không đồng nhất của bê tông mà có các ph-
ơng pháp thích hợp. Các phơng pháp chỉ ra sau đây chỉ áp dụng cho cọc
có phần bê tông không đồng nhất ở mũi cọc.
Thực tế nếu nhật ký thi công cho thấy không có sự cố nào xảy ra trong
quá trình thi công nh sập vách, tắc ông bơm bê tông thì phần chất lợng
bê tông không đồng nhất thờng rơi vào phần chân cọc do quá trình làm
sạch trớc khi đổ bê tông không đợc tốt.
- Đối với trờng hợp chân cọc có chất lợng bê tông không tốt trong
khoảng chiều cao dới 1m có thể áp dụng phơng pháp bơm vữa xuống tận
phần chân cọc để gia cố cọc.
Trong trờng hợp cọc đã có sẵn các ống siêu âm đặt dọc trong thân cọc thì
có thể tận dụng luôn những ống siêu âm đó để bơm vữa sửa chữa chân
cọc. Bơm vữa áp lực cao qua các ống siêu âm xuống tận chân cọc, phần
bê tông không đồng nhất ở chân cọc sẽ đợc gia cố.
18
18
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Việc tận dụng này có u điểm là thao tác nhanh, không mất thời gian
khoan cọc cũng nh không làm ảnh hởng tới thân cọc, đảm bảo vữa đợc
bơm xuống đến tận chân cọc.
Các thí nghiệm nh khoan lõi, thử tĩnh đã đợc tiến hành để kiểm chứng
cho phơng pháp này, mẫu khoan lõi lấy lên đợc đem đi nén. Kết quả cho
thấy cờng độ nén mẫu khoan lõi tơng đơng thậm chí còn lớn hơn cờng độ
bê tông cọc (290kg/cm

2
). Điều này cho thấy phơng pháp bơm vữa áp lực
qua ống siêu âm hoàn toàn có thể áp dụng để gia cố cho phần chân cọc bị
hỏng với mức độ h hỏng không lớn lắm (Chiều cao vùng bê tông không
đồng nhất nhỏ hơn 1m)
Thùng trộn vữa
Van mở
ống sonic
Cọc khoan nhồi
Mơ từng van
ống bơm vữa
để làm sạch
1. Làm sạch chân cọc
Đóng tất cả
các van
ống bơm vữa
Cọc khoan nhồi
ống sonic
2. Bơm vữa áp lực
Van đóng
Thùng trộn vữa
- Đối với trờng hợp chân cọc có chất lợng bê tông không tốt với chiều
cao phần bê tông không đồng nhất lớn hơn 1m có thể áp dụng phơng
pháp phun vữa xuống tận độ sâu chân cọc để gia cố đất nền xung quanh
cọc.
Đối với phơng pháp gia cố đất nền này có thể áp dụng phơng pháp phun
vữa tạo cột (Column Jet Grouting). Đây là phơng pháp sử dụng máy phun
vữa qua các lỗ khoan bên cạnh thân cọc, phun vữa vào nền đất xung
quanh chân cọc để gia cố nền đất. Điều đó đồng thời với việc nâng cao độ
nền đất chịu lực lên, chân cọc sẽ đợc chống vào nền vữa vừa phun vào

này. Đáy khối vữa dự định gia cố sẽ thấp hơn chân cọc thực tế 0,5m.
Đỉnh khối vữa dự định gia cố sẽ cao hơn đỉnh của phần bê tông không
đồng nhất từ 1,0~2,0m Phơng pháp 3: Phơng pháp thay thể hoàn toàn
cọc mới, thi công thêm cọc khoan nhồi ở bên cạnh, mở rộng đài cọc. Ph-
ơng pháp này dành cho các cọc hỏng ở chân cọc với chiều cao của vùng
bê tông không đồng nhất lớn hơn 5m
2.Xử lý khuyết tật ở thân cọc
19
19
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
v. ví dụ tính toán xử lý cọc khoan nhồi có kể đến
khuyết tật
1.Khuyết tật ở mũi cọc
+ Số liệu cọc :
- Đờng kính cọc : d = 1500 mm
- Chiều dài cọc : L = 60 m
- Mác thiết kế của bêtông cọc : M = 300 kg/cm
2
- Số thanh cốt thép dọc : n = 20
- Đờng kính cốt thép : =25 mm
- Cờng độ giới hạn chảy của thép : R
a
= 2700 kg/cm
2
- Phơng pháp thi công cọc : Có dd bentonite
- TảI trọng thiết kế : 1000 T
+ Số liệu địa chất :
Lớp
đất
Chiều

sâu
đáy
lớp
(m)
Chiều
dày
lớp
l
i
(m)
Loại
đất
Hệ
số

Chỉ
số
xuyê
n tiêu
chuẩ
n N
Sức
kháng
bên
Q
as
(T)
W
p
(T)

1
1 1
Đất
lấp 0 0 0
0.883
5
2
2.5 1.5
Dính 0.4
3 6 18.235
2.208
8
3
6 3.5
Dính 0.4
3 11 78.007 5.301
4
19 13
Rời 0.1
5 9 82.696
16.78
7
5
38 19
Rời 0.1
5 19 255.15
33.57
3
6
42.5 4.5

Dính 0.4
3 12 109.41
37.54
9
7
48 5.5
Dính 0.4
3 10 111.44
42.40
8
8
53 5
Rời 0.1
5 11 38.874
46.82
6
9
60 7
Rời 0.1
5 >50 247.38 53.01
Theo TCXD 195-1997 ,khi không xảy ra khuyết tật thì :
- Sức chịu tải của cọc theo đất nền:
20
20
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Q
a
=Q
ap
+ Q

as
- W
p
= 1,5.N
tb
.A
P
+ P..N
i
.L
i
-W
p
+ Diện tích tiết diện cọc : A = d
2
/4 = 1,767 (m
2
)
+ Chu vi cọc : P = d = 4,712 (m)
+ N
tb
= 50 (T/m
2
) (chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất nền dới mũi cọc
>50 (T/m
2
), lấy bằng 50)
+ Sức kháng mũi : Q
ap
= 1,5 . 50. 1,767 = 132 (T)

+ Sức kháng bên : Q
as
= P.
i
.N
i
.L
i
= 941 (T)
+ W
p
= L . A
p
. (
bt
-
đ
) = 60 . 1,767 . (2,5 2) = 53 (T)
ở đây lấy
đ
= 2 (T/m
3
)
Vậy : Q
a
= 132 +941 53 = 1020 (T)
- Sức chịu tải theo vật liệu :
P = R
u
.A + R

an
.F
a

+ R
u
= 300/4,5 = 66,7 kg/cm
2
> 60 ,cọc đổ trong dd bentonite ,
lấy R
u
= 60 kg/cm
2
= 600 T/m
2
+ d=25 mm < 28 , R
an
= 27000/1,5 = 18000 T/m
2
<2200 ,
lấy R
an
=18000 T/m
2
+ Tiết diện cọc : A = 1,767m
2
+ Diện tích cốt thép : F
a
= 20.4,909.10
-4

= 0,01 m
2
Vậy :
P = 600 . 1,767 + 18000 . 0,01 = 1237 (T)

Khi cọc bị khuyết tật :
h
d
1
2
L
h
y
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
n
n-1
i
N'
N
tk
Bằng phơng pháp siêu âm , xác định đợc phần đầu cọc mà bêtông có lẫn

mùn khoan làm giảm mác thiết kế có chiều cao h =2m
21
21
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Dựa vào kết quả siêu âm,đánh giá mác bêtông còn lại của vùng
khuyết tật theo biểu đồ quan hệ giữa vận tốc siêu âm và cờng độ ở trên .
Giả sử xác định đợc R
u
= 150 T/m
2

Khi bỏ qua sức chống mũi cọc Q
ap
= 0 và sức kháng bên của đoạn
khuyết tật
Thì sức chịu tảI của cọc chỉ do sức kháng bên chịu :
Q
as
= P..N
i
.L
i
= 870 (T)
W
p
= L . A
p
. (
bt
-

đ
) = 56 . 1,767 . (2,5 2) = 51 (T)
Q
a
= 870 51 = 819 (T)
Nhận thấy Q
a
< 1000 T tức là ma sát thành không đủ chịu lực.Nếu tiếp
tục sử dụng cọc ,ta sẽ tính đến biến dạng của phần cọc này.
Tải trọng truyền xuống đến phần mũi cọc bị khuyết tật :
N = N
tk
Qa = 1000- 819 =181 T
Sức kháng mũi tính theo đát nền : Qp = 132 T
Nh vậy ta có:
N=
AE
h
QAQ
pp


+=+


Biến dạng đoạn mũi cọc :
h
AE
QN
p

= .
.
'

=
2. Khuyết tật ở thân cọc loai 1
22
22
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Tơng tự ví dụ trên nhng xảy ra khuyết tật ở thân cọc ,1 đoạn thân cọc bị
thắt lại .
Bằng phơng pháp siêu âm ,xác định đợc độ sâu và chiều cao vùng bị
khuyết tật :
y= 40 m
x = 0,6m
h = 1 m
Ta tính toán đoạn cọc này nh một cấu kiện chịu nén lệch tâm.
Lực tính toán tại đoạn cọc khuyết tật là :
N = N
tt
Q
as

Lúc này ,sức kháng bên đợc huy động từ phần khuyết tật trở lên:
Q
as
= 483 (T)
N = 1000 483 = 517 T

Đặc trng của tiết diện :
23
I I
I-I
d
x
L
y
h
1
2
i
n-1
n
N
tk
N'
Q
as
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất
lớp
đất

23
Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Diện tích :
A = R
2
(1 arcos [(R-x)/R]/180 ) + (R-x).
])([
22
xRR
Với R= d/2
=
222
)6,075,0(75,0).6,075,0()
180
)
75,0
6,075,0
cos(
1.(75,0.14,3 +


ar
=1,1 m
2
Độ lệch tâm
e = Sx/A
Sx =
322
])([
3

2
xRR
=
=
322
])6,075,0(75,0[
3
2
0,264m
3
e = 0,264/1,1=0,24m
=arcsin(x-R)/R =-0,11
I =
=+==


)44sin2(
16
1
.2sin.
2
1
2.
424
2/
222



RdRdyyRy

R
Rx
0,126m
4

=++=++= )6,024,075,0.(
125,0
24,0.398
1,1
398
).(
.
max
xeR
I
eN
A
N

907T/m
2
>600
T/m
2
Cọc sẽ bị phá hoại ta tính lại sức chịu tảI của cọc theo vật liệu.
Sức chịu tải mà cọc có thể chịu là:

TQ
I
eRe

A
N
as
920602]
125,0
)24,075,0(24,0
1.1
1
/[600]
).(1
/[*
max
=+

+=+

+=

Khi thay đổi chiều sâu vùng khuyết tật y và độ mở rộng của khuyết tật x
ta có biểu đồ:
24
e
N'N''
M

x
y
D
x
24

B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc sinh viªn
Y(m) 55 50 45 40 35 30 25
X(m)
0.1 184 244.8 294.2 366.3 423.9 467.3 510
0.2 225 299.5 359.9 448.2 518.6 571.8 625
0.3 279 370.7 445.6 554.8 642 707.9 773.7
0.4 341 453.4 544.9 678.6 785.2 865.7 946.3
0.5 405 539.3 648.1 807.1 933.9 1030 1125
0.6 466 620.7 746 928.9
0.7 524 697.2 837.9 1043
0.8 585 778.4 935.6 1165
0.9 663 882.8 1061 1321
1 781 1039 1249 1556
3,KhuyÕt tËt ë th©n cäc lo¹i 2
25
h
L
5
4
3
2
1
d
I I
N'
N
tk
25